储水罐太阳能液位报警控制系统研制

中国石油辽河油田分公司冷家油田开发公司（辽宁盘锦124010）

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储水罐太阳能液位报警控制系统研制

王雪梅

中国石油辽河油田分公司冷家油田开发公司（辽宁盘锦124010）

活动式注汽锅炉因其组件分散、搬迁灵活便于油田不同井场注汽作业，为了确保注汽站锅炉供水的连续性，每台锅炉的供水系统都备有一到两个50m3储水罐。分析了现有储水罐自制浮球液位显示装置存在的主要问题：无报警装置、故障率高、易损坏、人工控制水位、调整操作频繁、员工劳动强度大。研制了1种可以克服现有浮漂液位计缺陷与不足的新型液位显示报警控制系统。实践表明新研制的储水罐太阳能液位控制报警系统完全能够实现在线液位监测报警、水位自动控制功能，有效地避免了水罐在生产现场的冒罐污染和因水位过低停炉现象，整个系统更符合安全、环保、节能的要求，达到了预期的目标。

注汽锅炉；储水罐液位；报警控制系统；节能降耗

目前某作业区10台锅炉储供水罐的液位显示都是比较简陋的浮漂式液位计，如图1、图2所示。

图1 储水罐与浮漂液位计

图2 浮漂式液位计示意图

1 现状调查

这种自制浮球液位显示装置，在实际的使用过程中，主要存在以下弊端。

1.1 无报警装置

现有浮杆液位计无准确的液位显示，当水位过高时冒罐，浪费水资源，并造成污染；水位过低时导致锅炉因缺水停炉，再次启炉需要消耗较多的锅炉燃料及其他能耗，既耽误生产又增加注汽耗能。通过抽查4个站2013年12月储水罐冒罐和缺水停炉的统计情况（表1）可知，目前所用的储水罐浮漂液位计月平均冒罐达8次，导致锅炉缺水平均停炉2次。

1.2 故障率高、易损坏

现有液位计浮球和浮杆在水中容易腐蚀，造成浮漂渗漏、焊口处腐烂[1]，致使浮漂无法正常使用，由于防腐性能差、故障率高，增加了维护和维修费用。表2是一年来6台储水罐液位计的损坏及故障统计情况。

1.3 人工控制水位，调整操作频繁，员工劳动强度大

活动锅炉供水需要人工控制上水量，来水压力波动较大，工人要及时根据水量和锅炉排量需求调整阀门开度来控制水罐液位，平均1～2h就进行一次阀门开关操作，调整操作频繁，劳动强度大。

1.4 生产现场安全环保隐患较多

冒罐既浪费水资源，造成井场四周环境污染；供水不足又影响了注汽锅炉安全生产的连续性，冬季一旦停炉,安全隐患多,易使设备冻堵发生安全事故。

表1 储水罐冒罐和缺水停炉统计表

表2 抽检6台锅炉储水罐浮漂损坏情况

表3 液位显示测量方案选择表

2 提出并确定最佳方案

针对新型水位控制系统的研制需要解决3项问题，分别是液位显示、水位高低报警、自动上水控制，实现这3项功能必须要解决供电能源问题。

由于活动注汽锅炉生产现场经常搬迁，采用交流供电在搬迁前后都要断开电缆并重新连接。另外，水罐附近使用电缆使安全用电存在一定隐患。根据现场实际情况需要，对液位控制报警系统采用电池组直流供电方式。而工业生产中长期用电不便频繁更换电池组，所以决定使用太阳能供电系统对液位控制系统供电。

2.1 太阳能供电系统

太阳能供电系统[2]由太阳能电池板、专用蓄电池、充放电控制器组成，发电功能主要由电池板来实现。通过对太阳能电池板、蓄电池、充放电控制器3项进行优选组合。由于北方地区冬季温度较低，在室外生产环境下要充分考虑设备的耐低温性能，根据各项选择方案的对比进行优选：单晶硅光电转换效率是最高的，抗衰减性好，使用寿命较长；胶体蓄电池，蓄能大、低温充放电稳定性好，性价比较高；选用PWM20I型充放电控制器在室外低温环境中可以保证设备稳定运行。

2.2 液位显示测量

实现液位显示要做好液位测量[3]，需要在罐体内放置能监测液位的传感装置，通过表3中3种方案的优缺点论证分析，优选气体导压式液位测量，更符合生产实际情况，且性价比更高。

2.3 水位高低报警

对液位进行采集测量转换成电信号，通过报警控制电路对液位高低信号进行处理。目前生产行业中普遍采用声光报警可起到就地及时报警的效果。权衡各项方案（表4）的实用性和可操作性。优选数字液位控制仪，更符合生产实际情况，确定为水位高低报警控制的最佳方案。

2.4 自动上水控制

通过对来水管线上安装一个电控阀门来替代原有手动阀门，实现自动上水控制。安装不同类型的电控阀门对液位控制结果也将不同，要对使用自动上水控制的电控阀门进行选择。自动上水控制阀类型选择见表5。综合对比得出电磁阀[4]自动控制上水在现场使用中更实用，控制方式更简便、省电，费用小，使用维护更方便，选定方案2电磁阀进行自动上水控制。

表4 水位高低报警控制方案选择表

表5 自动上水控制阀类型选择表

表6 储水罐液位测量现场数据统计表

3 现场应用效果检查

在投用新研制的太阳能液位报警系统后，在冷活1#站对现场应用效果进行检查，具体检查情况如下。

3.1 液位显示准确性检查

储水罐液位测量现场数据统计见表6，通过数据分析液位控制仪显示误差与标准值最大误差为5mm，而量程的测量最大允许误差为7.5mm，由此可见液位测量都在测量允许误差范围之内，该系统对储水罐的液位能达到精确测量要求，满足设计目标。

3.2 液位高低报警点效果检查

在液位控制仪上设定不同的液位高低报警点，检查液位到达设定的报警点时是否实现声光报警动作，检查情况见表7。经现场设置不同位置高低报警点的报警测试，液位显示控制仪都能精确的在报警设置点可靠的动作报警，满足设计要求。

3.3 电磁阀通断控制液位效果检查

在液位控制仪上设定不同的自动液位控制数值，检查液位到达设定的数值时电磁阀是否实现自动开关动作，储水罐液位高低自动控制测试情况见表8。在不同液位设定值时，电磁阀能够实现自动开关，达到了设计要求。

通过现场效果检查，新研制的储水罐太阳能液位控制报警系统完全能够实现在线液位监测报警，水位自动控制功能，现场使用效果较好，以上功能的实现有效地避免了水罐在生产现场的冒罐污染和因水位过低停炉现象。由于整个系统采用的是太阳能直流供电系统，相比于生产现场设备常用的220V交流电压，直流24V的电压更安全可靠。整个系统更符合安全、环保、节能的要求，达到预期的目标。为测试整个系统使用效果的稳定性，对新液位报警控制系统进行投运，每天记录下运行数据，经过1个月的试运行，冒罐、缺水停炉次数为零，完全达到实现目标。

表7 液位高低报警点测试统计表

表8 储水罐液位高低自动控制测试统计表

4 效益分析

4.1 直接效益

新研制的太阳能液位控制报警系统实现了自动显示液位、报警，可以根据设定液位自动启停水泵控制上水，避免了水罐液位过高、过低造成的冒罐和缺水停炉现象，也避免了能源的浪费，有效地防止污染和保护环境[5]。每台锅炉全年因冒罐和缺水停炉造成的损失合计为5.8万元，新研制的储水罐太阳能液位控制报警系统每台投入成本0.6万元，每台创效5万余元。

4.2 间接效益

1）由人工监测水位、人工上水升级为自动监测水位、自动上水，减轻员工的劳动强度，新系统实现了由手动控制向自动控制的转变。

2）可以消除冒罐造成水污染和基础设施损坏，有效避免了污染赔偿费用，延长设备使用寿命。

3）减少因缺水造成停炉次数，提高锅炉注汽时率，稳定蒸汽质量。

5 巩固措施

为了使活动成果得到有效巩固和保持，特制定了以下巩固措施：

1）活动锅炉在搬迁吊装水罐时，站上员工要对搬迁人员说明吊装时注意事项，不能损坏水罐顶部安装的太阳能板和报警装置。如果太阳能板确实影响钢丝绳吊挂，可拆下太阳能板，并注意妥善保管。同时在搬迁过程中，站上员工注意对装、卸水罐时的监管。

2）在搬迁路途中，站上员工要注意水罐顶部安装的太阳能板是否超高，以免挂、碰高架线路及障碍物，造成对太阳能板的刮碰损坏。

3）每隔半年要对储水罐罐底进行沉淀物检查，避免因泥污过多，堵塞液位传感器取样孔。

[1]刘继和，孙素凤.注汽锅炉[M].北京:石油工业出版社，2007.

[2]刘树民，宏伟.太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].北京:科学出版社，2006.

[3]李颖川.采油工程[M].北京：石油工业出版社，2009.

[4]全国工业过程测量和控制标委会.工业过程控制系统用电磁阀：JB/T 7352-2010[S].北京:机械工业出版社,2010.

[5]马风才.质量管理[M].北京：机械工业出版社,2009.

本文编辑：左学敏

The movable steam injection boiler is convenient for the steam injection operation in different well sites because of its dispersed components and easy moving.In order to ensure the water supply continuity of steam injection boiler,the water supply system of each boiler has one to two storage tank of 50m3.The main problems existing in the self-made floating ball liquid level display device of the water storage tank are analyzed:no alarm device,high failure rate,easy to damage,artificial control of water level,frequent adjustment of operation and high labor intensity of staff.For this reason,a new type of alarm liquid level display control system is developed,which can overcome the defects and disadvantages of the self-made floating ball liquid level display device.Practice shows that the newly developed solar liquid level alarm control system of water storage tank can realize online monitoring alarm and automatic control functions of liquid level to effectively avoid the run-out pollution of the water storage tank and the shutdown phenomenon of the boiler for too low liquid level.The whole system is in line with the requirements of safety,environmental protection and energy saving,and achieves the desired objectives.

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2015-09-18

王雪梅（1974-），女，工程师，从事质量监督工作。